Energia i zasada zachowania energii

Stronę tą wyświetlono już: 6296 razy

Wielkość fizyczna nazywana energią, tak często występująca w naszym codziennym życiu a zarazem tak powszechna pała się jedną z najważniejszych zasad: ilość energii we wszechświecie jest stała. Z tego właśnie stwierdzenia wynika, że energia nigdy nie zanika, może ona się zamienić na inny rodzaj energii, ale jej ilość przed i po zamianie jest zawsze stała.

Istnieją dwa podstawowe wzory określające energię ciała w ruchu: jednostajnym oraz jednostajnie przyspieszonym.

Wzór dotyczący energii ciała poruszającego się z prędkością V ma następującą postać:

[1]

Zapis wyrażenia w formacie TeX-a:

E_{k}=\frac{1}{2}\cdot m\cdot V^2

Powyższy wzór określa energię kinetyczną E_k danego ciała. Energia ta zależna jest od masy m i prędkości V ciała. W przypadku gdy prędkość V nie jest stała, za pomocą tego wzoru można obliczyć chwilową energię ciała znając jego prędkość V w danej chwili t, lub jeszcze lepiej znając funkcję prędkości V(t) można określić funkcję E_k(t).

Drugi wzór, dla ciała poruszającego się pod wpływem stałej siły przy założeniu, że prędkość początkowa ciała jest równa 0 ma następującą postać:

[2]

Zapis wyrażenia w formacie TeX-a:

E_{p}=m\cdot a\cdot s

gdzie:

• m - masa ciała
• a - przyspieszenie ciała
• s - droga przebyta przez ciało w ruchu jednostajnie przyspieszonym.

Wzór [2] najczęściej wykorzystywany jest w nieco innej postaci w celu określenia energii potencjalnej E_p ciała spadającego swobodnie w ziemskim polu grawitacyjnym przy założeniu, że odległość nie jest zbyt duża, ponieważ ma to znaczący wpływ na przyspieszenia ciała. Także opór aerodynamiczny ciała nie jest bez znaczenia, choć często jest on pomijany. Tak więc wzór [2] można zapisać w szczególnym przypadku w następujący sposób:

[3]

Zapis wyrażenia w formacie TeX-a:

E_{p}=m\cdot g\cdot h

gdzie:

• m - to masa ciała;
• g- przyspieszenie ziemskie;
• h - wysokość, z której ciało zostało opuszczone.

Czym jest energia? W zasadzie to pytanie powinno zostać zadane na początku, ale lepiej później niż w cale. Energia jest to siła F razy przemieszczenie s, jakie ona powoduje. Jednostką energii jest N·m. Energia E ma wiele wspólnego z pracą P, która również jest wyrażana w tych samych jednostkach. Dlaczego więc wyróżnia się pracę P i energię E? Czym różni się praca od energii? Załóżmy że jedziesz rowerem po terenie, na którym znajdują się wzniesienia. Praca to energia, jaką ty musisz zużyć aby wprawić w ruch rower, gdy jedziesz pod górkę musisz włożyć więcej pracy, a gdy zjeżdżasz z górki wtedy grawitacja wykonuje za ciebie pracę (siła grawitacji wykonuje za ciebie brudną robotę). Praca jaką wykonujesz maleje, gdy zewnętrzny czynnik wykonuje za ciebie robotę, a rośnie gdy ty tę robotę odwalić musisz sam. A czym jest energia? Energia to chwilowy stan energetyczny roweru i jadącego na nim rowerzysty. Gdy rowerzysta jedzie szybciej, jego energia kinetyczna E_k jest większa, gdy wolniej mniejsza. Gdy rowerzysta wjedzie na górkę jego energia potencjalna E_p wzrośnie, gdy będzie zjeżdżał z górki, jego energia potencjalna E_p zmaleje.

Koniec końców energię potencjalną ciała można wyrazić również za pomocą następującego wzoru:

[4]

Zapis wyrażenia w formacie TeX-a:

E_{p}=P=F\cdot s

Wzór [4] jest wzorem na pracę P jak i energię potencjalną E_p.

Tytuł:

Fizyka dla programistów gier

Autor:

David M. Bourg